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雪崩二极管是什么 与PIN光电二极管有何差异

本站为您提供的雪崩二极管是什么 与PIN光电二极管有何区别,雪崩击穿是在电场作用下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对,这就是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩一样增加载流子。

本文首要是关于雪崩二极管的相关介绍,简明介绍了雪崩二极管的运用及原理,并将其与PIN光电二极管做比对,探求它俩之间的差异。

雪崩二极管

PN结有单向导电性,正向电阻小,反向电阻很大。 

当反向电压增大到必定数值时,反向电流忽然添加。便是反向电击穿。它分雪崩击穿和齐纳击穿。 

雪崩击穿是PN结反向电压增大到一数值时,载流子倍增就像雪崩相同,添加得多而快。 

运用这个特性制作的二极管便是雪崩二极管 

雪崩击穿是在电场效果下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激起构成自由电子-空穴对。新发生的载流子又经过磕碰发生自由电子-空穴对,这便是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩相同添加载流子。 

齐纳击穿彻底不同,在高的反向电压下,PN结中存在强电场,它能够直接损坏!共价键将束缚电子别离来构成电子-空穴对,构成大的反向电流。齐纳击穿需求的电场强度很大!只需在杂质浓度特别大!!的PN结才做得到。(杂质大电荷密度就大) 

一般的二极管掺杂浓度没这么高,它们的电击穿都是雪崩击穿。齐纳击穿大多呈现在特其他二极管中,便是稳压二极管

雪崩二极管是什么 与PIN光电二极管有何差异

雪崩二极管能以多种形式发生振动,其间首要有磕碰雪崩渡越时刻(IMPATT)形式,简称崩越形式。其根本作业原理是:运用半导体PN结中载流子的磕碰电离和渡越时刻效应发生微波频率下的负阻,然后发生振动。另一种重要的作业形式是抓获等离子体雪崩触发渡越时刻(TRAPATT)形式,简称俘越形式。这种形式的作业进程是在电路中发生电压过激以触发器材,使二极管势垒区充溢电子-空穴等离子体,形成器材内部电场忽然下降,而等离子体在低场下逐步漂移出势垒区。因此这种形式作业频率较低,但输出功率和功率则大得多。除上述两种首要作业形式以外,雪崩二极管还能以谐波形式、参量形式、静态形式以及热形式作业。

雪崩二极管的结构可分为两大类:单漂移区雪崩二极管和双漂移区雪崩二极管。单漂移区雪崩二极管的结构有PN、 PIN、 P NN (或N PP )、P NIN (或N PIP )、MNN 。其间P NN 结构工艺简略,在适中的电流密度下能取得较大的负阻,且频带较宽,因此在工业中运用较多。双漂移区雪崩二极管是 1970 年今后呈现的,其结构为P PNN ,实质上适当于两个互补单漂移区雪崩二极管的串联,然后有用地运用了电子和空穴漂移空间,因此输出功率和功率均较高。

制作雪崩二极管的资料首要是硅和砷化镓。

雪崩二极管具有功率大、功率高级长处。它是固体微波源,特别是毫米波发射源的首要功率器材,广泛地运用于雷达、通讯、遥控、遥测、仪器仪表中。其首要缺陷是噪声较大。 

雪崩二极管与PIN光电二极管有何差异

PIN: 光敏面接纳对应波长的光照时,发生光生电流;

雪崩光电二极管(APD):除了和PIN相同部格外,多了一个雪崩增益区,光生电流会被扩大,

扩大的倍数称为雪崩增益系数。当然一起也会发生噪声电流。

PIN光电二极管、雪崩光电二极管均归于半导体光电勘探器,所运用的资料相同,光谱呼应规模也相同。PIN光电二极管长处在于呼应度高呼应速度快,频带也较宽作业电压低,偏置电路简略在反偏压下可接受较高的反向电压,所以线性输出规模宽不足之处在于I层电阻很大管子的输出电流小,一般多为零点几微安至数微安。所以PIN光电二极管一般接有前置扩大器

雪崩光电二极管是具有内部增益光电勘探器,雪崩增益虽比光电倍增管PMT小的多,但仍使APD的活络度比PIN光电二极管高的多,处理了PIN光电二极管活络度低的问题,在高速调制弱小信号检测时其长处便愈加显着,但因为其增管效益,信号中的噪声也会一起被扩大,且其增益系数受温度影响必要时还需选用温度补偿办法。较之APDPIN,光电二极管对温度不活络适用场合受约束较少,所以绝大多数体系均选用PIN光电二极管,但在信号损耗过大光信号过于弱小或长距离传输等条件下,APD就很有必要。

影响PIN光电二极管的影响要素

雪崩二极管是什么 与PIN光电二极管有何差异

稳压二极管的雪崩效应

  当一个半导体二极管加上足够高的反向偏压时,在耗尽层内运动的载流子就或许因磕碰电离效应而取得雪崩倍增。人们开始在研讨半导体二极管的反向击穿组织时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益十分高时,二极管进入雪崩击穿状况;在此曾经,只需耗尽层中的电场足以引起磕碰电离,则经过耗尽层的载流子就会具有某个均匀的雪崩倍增值。

  磕碰电离效应也能够引起光生载流子的雪崩倍增,然后使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年,K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报导锗和硅的PN结在挨近击穿时的光电流倍增现象。1955年,S.L.密勒指出在骤变PN结中,载流子的倍增因子M随反向偏压V的改变能够近似用下列经历公式表明

  M=1/[1-(V/VB)n]

  式中VB是体击穿电压,n是一个与资料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压十分挨近于体击穿电压时,二极管取得很高的光电流增益。PN结在任何小的部分区域的提早击穿都会使二极管的运用遭到约束,因此只需当一个实践的器材在整个PN结面上是高度均匀时,才干取得高的有用的均匀光电流增益。因此,从作业状况来说,雪崩光电二极管实践上是作业于挨近(但没有到达)雪崩击穿状况的、高度均匀的半导体光电二极管。1965年,K.M.约翰逊及L.K.安德森等别离报导了在微波频率下依然具有适当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此,雪崩光电二极管作为一种新式、高速、活络的固态光电勘探器材逐渐遭到重视。

  功能杰出的雪崩光电二极管的光电流均匀增益嚔能够到达几十、几百倍乃至更大。半导体中两种载流子的磕碰离化才能或许不同,因此使具有较高离化才能的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下取得较高的雪崩倍增。可是,光电流的这种雪崩倍增并不是肯定抱负的。一方面,因为嚔随注入光强的添加而下降,使雪崩光电二极管的线性规模遭到必定的约束,另一方面更重要的是,因为载流子的磕碰电离是一种随机的进程,亦即每一个其他载流子在耗尽层内所取得的雪崩增益能够有很广泛的几率散布,因此倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机崎岖,即光电流中的噪声有附加的添加。与真空光电倍增管比较,因为半导体中两种载流子都具有离化才能,使得这种崎岖更为严重。

  式中q为电子电荷,B为器材作业带宽,F(嚔)表明雪崩倍增进程所引起噪声的添加,称为过剩噪声因子。一般状况下,F随嚔的改变状况适当杂乱。有时为简略起见,近似地将F表明为F=嚔x,x称为过剩噪声指数。F或x是雪崩光电二极管的重要参数。

  因为F大于1,并随嚔的添加而添加,因此只需当一个接纳体系(包含勘探器材即雪崩光电二极管、负载电阻和前置扩大器)的噪声首要由负载电阻及扩大器的热噪声所决守时,进步雪崩增益嚔能够有用地进步体系的信噪比,然后使体系的勘探功能取得改进;相反,当体系的噪声首要由光电流的噪声决守时,添加嚔就不再能使体系的功能改进。这儿起首要效果的是过剩噪声因子F的巨细。为取得较小的F值,应选用两种载流子离化才能相差大的资料,使具有较高离化才能的载流子注入到耗尽层,并合理规划器材结构。

  结语

  关于雪崩二极管与PIN光电二极管的介绍就到这了,如有不足之处欢迎纠正。

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